Conception et mise en œuvre d’un modèle de perfusion pulmonaire ex vivo chez le rat
Summary
Les poumons ex vivo sont utiles pour une variété d’expériences afin de recueillir des données physiologiques tout en excluant les variables confondantes des expériences in vivo. Les configurations commerciales sont souvent coûteuses et limitées dans les types de données qu’elles peuvent collecter. Nous décrivons une méthode de construction d’une configuration entièrement modulaire, adaptable à divers modèles d’étude.
Abstract
Les préparations pulmonaires ex vivo sont un modèle utile qui peut être transposé à de nombreux domaines de recherche différents, en complément des modèles in vivo et in vitro correspondants. Les laboratoires qui souhaitent utiliser des poumons isolés doivent être conscients des étapes importantes et des défis inhérents pour établir une configuration abordable, fiable et qui peut être facilement adaptée au sujet d’intérêt. Cet article décrit un modèle DIY (do it yourself) pour la ventilation et la perfusion pulmonaires ex vivo chez le rat afin d’étudier les effets des médicaments et des gaz sur le tonus vasculaire pulmonaire, indépendamment des changements dans le débit cardiaque. La création de ce modèle comprend a) la conception et la construction de l’appareil, et b) la procédure d’isolement pulmonaire. Ce modèle aboutit à une configuration plus rentable que les alternatives commerciales et pourtant suffisamment modulaire pour s’adapter aux changements de questions de recherche spécifiques. Divers obstacles ont dû être surmontés pour garantir un modèle cohérent capable d’être utilisé pour une variété de sujets de recherche différents. Une fois établi, ce modèle s’est avéré très adaptable à différentes questions et peut facilement être modifié pour différents domaines d’études.
Introduction
Les techniques de perfusion pulmonaire ex vivo (EVLP)1 ont connu une augmentation de leur utilisation au cours de la dernière décennie comme moyen d’étudier les transplantations pulmonaires2, l’ischémie/reperfusion3, le métabolisme pulmonaire4 et les réponses immunitaires5. Les poumons isolés, mais intacts, ventilés et perfusés offrent la capacité d’évaluer directement la réponse des poumons, y compris le système vasculaire pulmonaire, à des interventions et/ou des traitements potentiels sans facteurs de confusion potentiels, tels que des apports neuronaux et hormonaux ou une modification de l’hémodynamique in vivo. En même temps, ils maintiennent l’interaction physiologique de la ventilation et de la perfusion, contrairement aux conditions in vitro. Une proposition portant sur les réponses immunitaires dans les poumons5, par exemple, nécessite la même qualité de données qu’une étude axée sur l’augmentation de la taille du groupe de donneurs6 pour les transplantations pulmonaires. L’EVLP peut être utilisé sur une variété d’espèces, y compris les souris3, les rats7, 8, 9, 10, 11, 12, les porcs13 et les humains2. Par conséquent, il est nécessaire d’établir un modèle capable de produire des données fiables à partir d’une variété de paramètres expérimentaux différents. La pertinence clinique sera générée dans les études ultérieures en utilisant le modèle EVLP comme outil.
Bien que des installations commerciales soient disponibles à l’achat pour la plupart des espèces, elles peuvent souvent être prohibitives et confiner les chercheurs à une marque spécifique d’équipement et de logiciels propriétaires. Tout écart par rapport à la configuration prête à l’emploi (par exemple, passer d’une espèce à une autre) nécessite de la prévoyance et de contourner la configuration fournie, ce qui peut s’avérer difficile ou impossible. Dans ce qui suit, une configuration de bricolage (à faire soi-même) pour les poumons isolés chez le rat qui est à la fois modulaire et rentable, ainsi que la procédure chirurgicale pour isoler les poumons, sont décrites.
Protocol
Representative Results
Discussion
Plus de 100 expériences ont été réalisées avec succès dans notre laboratoire en utilisant cette configuration. La conception modulaire de cette configuration personnalisée a donné une grande flexibilité aux changements potentiels des exigences expérimentales. Alors que d’autres configurations utilisent un désoxygénateur18 pour imiter la consommation constante d’oxygène et la production de CO2 par les organes finaux, ce modèle simplifié n’a pas utilisé cette fonctio…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Le soutien a été fourni, en partie, par une bourse d’examen du mérite (101 BX003482) du service de recherche et développement de laboratoire biomédical du ministère des Anciens combattants des États-Unis, une subvention des NIH (5R01 HL123227), une bourse de projet transformateur (962204) de l’American Heart Association et par des fonds institutionnels accordés au Dr Riess. Le Dr Balzer a reçu un financement indépendant de la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Fondation allemande pour la recherche), numéro de projet BA 6287/1-1. Les auteurs tiennent à remercier Matthew D. Olsen, Chun Zhou, Zhu Li et Rebecca C. Riess pour leurs précieuses contributions à l’étude.
Materials
| 1,000 mL Glass Beaker | Pyrex, Chicago, IL | ||
| 1,500 mL Glass Beaker | Pyrex, Chicago, IL | ||
| Air Trap Compliance Chamber | Radnoti | 130149 | |
| Bioamplifiers | CWE Inc | BPM-832 | |
| Clamps | Fisher Scientific | S02626 | |
| DAQ (Data Acquisition) | National Instruments, Austin, TX | NI USB-6343 | |
| Gas Mixer | CWE Inc, Ardmore, PA | GSM-4 | |
| Heating Coil | Radnoti, Covina, CA | 158822 | |
| Heating Plate | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | 11-100-49SH | |
| Heparin | Pfizer | W63422 | |
| LabVIEW Full Development System 2014 | National Instruments | ||
| Pentobarbital | Diamondback Drugs | G2270-0235-50 | |
| pH700 Probe | OAKTON, Vernon Hills, IL | EW-35419-10 | |
| Polystat Water Bath | Cole-Parmer | EW-12121-02 | |
| Rodent Ventilator | Harvard Apparatus, Holliston, MA | Model 683 | |
| Roller Pump | Cole-Parmer, Wertheim, Germany | Ismatec REGLO Digital MS 2/8 | |
| Sprague Dawley Rat | Charles River, Wilmington, MA | Strain code 001 | |
| VetScan i-STAT | Abraxis, Chicago, IL | i-STAT 1 |
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